服务器模型

在使用socket进行网络编程时，首先要选择一个合适的服务器模型是很重要的。在网络程序里，通常都是一个服务器服务多个客户机，为了处理多个客户机的请求，服务器端的程序有不同的处理方式。

目前最常用的服务器模型分为两大类，循环服务器模型和并发服务器模型

循环服务器模型

UDP循环服务器模型

UDP循环服务器每次获取一个客户端的请求，处理后将结果返回给客户端。

//UDP循环服务器模型伪代码
main()
{
　　listenfd = socket(...);//创建监听套接字　
　　bind(...);//将地址信息和listenfd绑定
　　while(1)
　　{
　　　　recvfrom(...);//从客户端读取
　　　　process(...);//处理
　　　　sendto(...);//发送回客户端
　　}
　　close(listenfd);
}

TCP循环服务器模型

同样是每次从等待客户端取出一个，对其进行处理然后将结果返回客户端

//TCP循环服务器模型伪代码
main()
{
　　listenfd = socket(...);//创建监听套接字
　　bind(...);//将地址信息和listenfd绑定
　　listen(..);//监听　
　　while(1)
　　{
　　　　accept(...);//接受客户端连接请求
　　　　while(1)
　　　　{
　　　　　　read/recv(...);//接受
　　　　　　procecc(...);//处理
　　　　　　write/send(..);//返回
　　　　}
　　　　close(sockfd);
　　}
　　close(listenfd);
}　

 

并发服务器模型

为了弥补循环服务器一次只能服务于一个客户端的缺陷，人们又设计了并发服务器模型。

多进程并发服务器模型

多进程并发服务器模型。为了避免一个客户端独占服务器，在客户端建立连接时会为每个客户端创建一个子进程。这样一来多个客户端同时响应，就会对操作系统的效率有所影响，但不可否认满足了同时服务多个客户端的需求。具体做法是在监听到客户端连接请求时，首先fork一个子进程服务于客户端，父进程继续监听新的客户端连接。实际可用进程池解决使用时才创建进程的资源开销问题。

//多进程并发服务器模型伪代码
main()
{
　　listenfd = socket(...);//创建监听套接字
　　//装填服务器地址信息
　　bind(...);//将监听套接字listenfd与地址信息绑定
　　listen(listenfd, 10);//开始监听，并设置监听数量
　　while(1)
　　{
　　　　//有客户端连接请求时，获取到客户端sockfd，没有请求时阻塞
　　　　sockfd  = accept(listenfd, ..., ...);
　　　　pid = fork();//创建子进程，服务于客户端
　　　　if (pid == 0)
　　　　{
　　　　　　while(1)
　　　　　　{
　　　　　　　　close(listenfd);//首先在子进程关闭掉监听套接字，防止子进程对其他客户端请求进行监听
　　　　　　　　recv(...);
　　　　　　　　//处理;
　　　　　　　　send(...);
　　　　　　}
　　　　　　close(sockfd);//处理结束后关闭套接字
　　　　　　exit(0);//结束子进程

　　　　}
　　　　close(sockfd);
　　}
　　close(listenfd)
}

 

多线程并发服务器模型

多线程服务器与多进程服务器模型类似。相较于多进程并发服务器，使用多线程技术完成并发服务器对系统开销要小得多。使用多线程并发服务器模型时，要注意对临界资源(能被多个线程访问，但同时只应被一个线程访问)进行保护。实际使用时，可以采用线程池技术避免每次客户端连接请求到来时创建子线程时，不必要的系统开销。

//多线程并发服务器模型伪代码
//服务程序
void *serv_routine(void *arg)
{ 　　
　　sockfd = (int )arg;
 　　while(1)
 　　{
  　　　　read(sockfd, buf, sizeof buf);
　　　　  //处理
  　　　　write(sockfd, buf, ret);
　　 }
}
main()
{
　　//初始化线程池
　　thread_pool_init();
　　//创建监听套接字
　　listenfd = socket(...);
　　//填充地址信息
　　bind(...);//将地址信息与监听套接字绑定
　　listen(listenfd, 10);//开始监听
　　while(1)
　　{
　　　　//接受客户端连接请求，获取器sockfd
　　　　sockfd = accept(...);
　　　　//向进程池添加客户端服务程序
　　　　thread_pool_addtask(..., serv_routine, (void*)sockfd);
　　}
　　close(sockfd);
　　close(listenfd);
　　//销毁线程池
　　thread_pool_destroy(...);　　
}　　

I/O多路服用并发服务器

I/O多路复用可以解决多线程和多进程资源限制的问题。此模型实际上是将UDP循环模型用在了TCP上面。但是它也存在问题，由于它也是一次处理客户端的请求，可能会导致有些客户端等待时间过长。

//I/O多路复用——select模型
int main()
{
　　//创建监听套接字描述符
　　 listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
　　//装填地址
　　//将监听套接字描述符与装填好的地址绑定
　　bind(listenfd, (struct sockaddr*)&myaddr, len))；
　　//开始监听
　　listen(listenfd, 10);
 　　fd_set readfds;　　//设置监听读文件描述符集合
 　　fd_set writefds;　　//设置监听写文件描述符集合
 　　FD_ZERO(&readfds);　　//清空这些集合
 　　FD_ZERO(&writefds);
 　　FD_SET(listenfd, &readfds);　　//将listenfd添加到读文件描述符集合中
 　　fd_set temprfds = readfds;　　//定义这个两个temp集合是为了在每次有可读写文件描述符时，都可以在处理完成后继续监听之前加入的文件描述符
 　　fd_set tempwfds = writefds;
 　　int maxfd = listenfd;
#define BUFSIZE 100
#define MAXNFD  1024 
　　 int nready;
 　　char buf[MAXNFD][BUFSIZE] = {0};
　　 while(1)
 　　{
  　　　　temprfds = readfds;
  　　　　tempwfds = writefds;
　　　　　//获取可可读或可写的文件描述符，放到集合中， select返回可读、写的文件描述符个数
  　　　　nready = select(maxfd+1, &temprfds, &tempwfds, NULL, NULL)；
　　　　　//有客户端访问时监听套接字描述符可读，可以通过FD_ISSET来判断具体是哪个文件描述符
  　　　　if(FD_ISSET(listenfd, &temprfds)）
  　　　　{
　　　　　　　//接收客户端连接请求、并获取其sockfd
   　　　　　　int sockfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);
　　　　　　　//将获取到的套接字描述符加入到读操作监听集合中
   　　　　　　FD_SET(sockfd, &readfds);
   　　　　　　maxfd = maxfd>sockfd?maxfd:sockfd;
　　　　　　   if(--nready==0)
  　　　　　　 continue;
 　　　　 }
  
　　　　  int fd = 0;
　　　　  //遍历文件描述符集合，对就绪的文件秒速符进行处理
  　　　　for(;fd<=maxfd; fd++)
 　　　　 {
  　　　　　　 if(fd == listenfd)
   　　　　　　 continue;
　　　　　　　//读操作就绪的套接字描述符
   　　　　　　if(FD_ISSET(fd, &temprfds))
  　　　　　　 {
  　　　　　　　　  int ret = read(fd, buf[fd], sizeof buf[0]);
  　　　　　　　　  if(0 == ret)
　　　　　　　　    {
  　　　　　　　　　　   close(fd);
　　　　　　　　　　　　//处理完成后，将其冲监听集合中移除
  　　　　　　　　　　   FD_CLR(fd, &readfds);
  　　　　　　　　　　   if(maxfd==fd) --maxfd;
 　　　　　　　　　　    continue;
 　　　　　　　　   }
　　　　　　　　　//以为要把处理后的结果发送回客户端，因此将套接字描述符添加到写操作监听集合中
　　　　　　　　    FD_SET(fd, &writefds); 
 　　　　　　  }
　　　　　　　//写操作就绪的套接字描述符
 　　　　　　  if(FD_ISSET(fd, &tempwfds))
　　　　　　   {
　　　　　　　　    int ret = write(fd, buf[fd], sizeof buf[0]);
  　　　　　　　　  printf("ret %d: %d\n", fd, ret);
   　　　　　　　　 FD_CLR(fd, &writefds);
  　　　　　　 }
 　　　　 }
　　 }
　　 close(listenfd);
}